Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 1/24

STUDI SULLAMECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

Claudio Mancuso

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO IIFACOLTÀ DI INGEGNERIA

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA IDRAULICA, GEOTECNICA ED AMBIENTALE

AMRA - CIMA

Incontro in Memoria di Filippo Vinale – 21.09.2009CIMA – Sant’Angelo dei Lombardi (Avellino)

solido

liquido(acqua)

gas(aria)

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 2/24

RICERCATORI COINVOLTI NEGLI STUDI DI MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

Claudia Zingariello, Ing.Dottore di Ricerca @ UNINA, 2007

Anna d’Onofrio, Ing.Dottore di Ricerca @ UNINA, 1996 Professore @ UNINA

Mahnoosh Biglari, Ing.Ph.D. St. @ IIEES Tehran, Iran

Studente in visita @ UNINA, 2008/09

Roberto Vassallo, Ing.Dottore di Ricerca @ UNINA, 2003Ricercatore @ Univ. della Basilicata

Asli Senem Acikel, Ing.Marie Curie Fell. @ UNINA 2008/09

Celestino Rampino, Ing.Dottore di Ricerca @ UNINA, 1996

Francesca d’Onza, Ing.Dottore di Ricerca @ UNINA, 2008Marie Curie Fell. @ Glasgow, 2008

IEF (EU), University of Glasgow

Filippo Santucci de Magistris, Ing.Dottore di Ricerca @ UNINA, 1996 Ricercatore @ Univ. del Molise

Juan Carlos Rojas Vidovic, Ing.Marie Curie Fell. @ UNINA 2005/08Dottore di Ricerca @ UNINA, 2009

EEF (EU), University of Glasgow

Luca Pagano, Ing.Dottore di ricerca @ UNINA, 1996 Ricercatore @ UNINA

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 3/24

LA MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI NEI PROBLEMI DI INGEGNERIA CIVILE

Sarno 1998

Napoli 2001

Viadana (MN) 1999 … Diga del Camastra

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 4/24

Pore Pressure and Suction in Soils, 1961, ISSMFE – ICE, UK

Moisture Equilibra and Moist. Changes in Soils …, 1965, SiP, AUS

Conferences on Expansive Soils from 1965 to 1992

Technical Committee # 6 on Unsaturated Soils – 1992, ISSMFE

I-UNSAT 1995-France, 1998-China, 2002-Brazil, 2006-USA, 2010-Spain

UNSAT-Asia 2000, 2003, 2007; Europe 2008; Asia-Pacific 2009

ASCE GSP 39-1993, 48-1995, 68-1997, 99-2000; 147-2006; 148-2006

SiP, Géotechnique 2003 – suction in unsaturated soils

SiP, Géotechnique 2011, partial saturation in compacted soils

ICE 2011 – compact. fills: assess., behaviour, design and construction

LA MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI NEI PROBLEMI DI INGEGNERIA CIVILE

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 5/24

ALTRI ELEMENTI DI QUESTA PRESENTAZIONE

BREVI CENNI A CONCETTI ESSENZIALI DI MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

ATTIVITTÀ DEL "GRUPPO VINALE" IN MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

ATTIVITÀ IN ESSERE E PROSPETTIVE

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 6/24

in meccanica dei terreni non saturi

CONCETTI ESSENZIALI DI MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

la suzione (di matrice) costituisce una variabile di stato (tensionale) indipendente

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 7/24

in meccanica dei terreni non saturivolumi d’acqua scambiati variazione del volume dei pori

CONCETTI ESSENZIALI DI MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 8/24

ATTIVITTÀ DEL "GRUPPO VINALE" IN MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

NELL’ANALISI SPERIMENTALE DEL COMPORTAMENTO DEI TERRENI E NELLA MODELLAZIONE COSTITUTIVA

NELLO SVILUPPO DI APPARECCHIATURE E PROCEDURE SPERIMENTALI

NELLE APPLICAZIONI INGEGNERISTICHE

LE PECULIARITÀ EVIDENZIATE DEVONO ESSERE ATTENTAMENTE CONSIDERATE

PRATICAMENTE UN “INVITO A NOZZE” PER FILIPPO !!

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 9/24

SVILUPPO DI APPARECCHIATURE E PROCEDURE SPERIMENTALI

ANALISI SPERIMENTALE DEL COMPORTAMENTO DEI TERRENI E MODELLAZIONE COSTITUTIVA

APPLICAZIONI INGEGNERISTICHE

ATTIVITTÀ DEL "GRUPPO VINALE" IN MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 10/24

1994 2004

SVILUPPO DI APPARECCHIATURE E PROCEDURE SPERIMENTALI

COMPRESSIBILITÀ E RESISTENZA A ROTTURA

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 11/24

1997

• Isenhower W.M. (1979) ‑ Torsional Simple Shear/Resonant Column properties of San Francisco Bay Mud ‑ M.S. Thesis, The University of Texas at Austin.

• Ni S. H. (1987) ‑ Dynamic prop. of sand under true triaxial stress states from Resonant Column/Torsional Shear tests - Ph. D. Diss., The University of Texas at Austin.

• Papa V., Silvestri F., Vinale F. (1988) - Analisi delle proprietà di un tipico terreno piroclastico mediante prove di taglio semplice - Atti del Conv. Gruppo Nazionale di Coordinamento per gli Studi di Ing. Geotecnica, Monselice.

COMPORTAMENTO A PICCOLE DEFORMAZIONI IN PROVE A SUZIONE CONTROLLATA

SVILUPPO DI APPARECCHIATURE E PROCEDURE SPERIMENTALI

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 12/24

SVILUPPO DI APPARECCHIATURE E PROCEDURE SPERIMENTALI

ANALISI SPERIMENTALE DEL COMPORTAMENTO DEI TERRENI NON SATURI E MODELLAZIONE

COSTITUTIVA

APPLICAZIONI INGEGNERISTICHE

ATTIVITTÀ DEL "GRUPPO VINALE" IN MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 13/24

COMPORTAMENTO VOLUMETRICO IN FASE DI IMBIBIZIONE CON ACQUA

ANALISI SPERIMENTALE E MODELLAZIONE COSTITUTIVA

-0.10

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

10 100 1000

mean net stress, p-ua (kPa)

spec

ific

volu

me

chan

ge, D

v

mp04RC

mp05RC

mp10RC s = 400 kPa

mp11RC s = 200 kPa

s = 400 kPa

s = 200 kPas = 100 kPa

-0.10

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

10 100 1000

mean net stress, p-ua (kPa)

spec

ific

volu

me

chan

ge, D

v

mp04RC

mp05RC

mp10RC s = 400 kPa

mp11RC s = 200 kPa-0.10

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

10 100 1000

mean net stress, p-ua (kPa)

spec

ific

volu

me

chan

ge, D

v

mp04RC

mp05RC

mp10RC s = 400 kPa

mp11RC s = 200 kPa

s = 400 kPa

s = 200 kPas = 100 kPa

3RT4 s

RT2 s P

3RT4 s

RT2 s

3RT4 s

RT2 s P

Fisher R.A. 1926

ua uw

3RT4 s

RT2 s P

3RT4 s

RT2 s

3RT4 s

RT2 s P

Fisher R.A. 1926

ua uwua uw

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COMPORTAMENTO A PICCOLE DEFORMAZIONI

0

100

200

300

400

500

0 100 200 300 400

mean effective stress, p' (kPa)

initi

al s

hear

stiff

ness

, G

o (M

Pa)

experimental dataHARDIN (1978)

optimum compactedMetramo silty sandp-ua = constant = 400 kPa

0 100 200 300 400matric suction, ua-uw (kPa)

experimental data

simulation

4000

Go = S [p’ /pa] n Go = Go*[(1-r)e-(s-s*)+r]

ANALISI SPERIMENTALE ED INTERPRETAZIONE

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 16/24

• Small strain behaviour of soils in controlled suction conditions - C. Mancuso, R. Vassallo, A. d’Onofrio – Panel Lecture, III Int. Conf. on Unsaturated Soils, UNSAT 2002 – Recife, Brazil, 2002, volume 3.

• Experimental behaviour and modelling of an unsaturated compacted soil - C. Mancuso, C. Rampino e F. Vinale - Canadian Geotech. Journal, vol. 37, n. 4, 2000, pp. 748-763.

• Small strain behaviour of a silty sand in controlled-suction RCTS tests - C. Mancuso, R. Vassallo e A. d’Onofrio – Canadian Geotechnical Journal, vol. 39, n. 1, 2002, pp. 22-31.

• Effects of net stress and suction history on the small strain stiffness of a compacted clayey silt - R. Vassallo, C. Mancuso e F. Vinale – Canadian Geotechnical Journal, 44 (4), 2007, pp. 447-462.

• Small strain behaviour of an unsat. compacted silt: modelling the influence of stress-strain history on stiffness - R. Vassallo, C. Mancuso e F. Vinale – Can. Geotechnical Journal, 44 (4), 2007, pp. 463-472.

• Small strain stiffness of Zenoz Kaolin in unsaturated conditions – M. Biglari, A. d’Onofrio, C. Mancuso, A. Shafiee, M. K. Jafari – Submitted to Canadian Geotechnical Journal [MS#09-211].

• Modelling initial shear stiffness of an unsaturated compacted clay incorporating the effect of degree of saturation and void ratio – M. Biglari, A. d’Onofrio, C. Mancuso, A. Shafiee, M. K. Jafari – In preparation for Geotéchnique.

ANALISI SPERIMENTALE E MODELLAZIONE COSTITUTIVA

ALCUNI CONTRIBUTI DI LETTERATURA DEL "GRUPPO VINALE NON SATURO”

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 17/24

SVILUPPO DI APPARECCHIATURE E PROCEDURE SPERIMENTALI

ANALISI SPERIMENTALE DEL COMPORTAMENTODEI TERRENI NON SATURI E MODELLAZIONE COSTITUTIVA

APPLICAZIONI INGEGNERISTICHE

ATTIVITTÀ DEL "GRUPPO VINALE" IN MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 18/24

ATTIVITTÀ DEL "GRUPPO VINALE" IN MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 19/24

APPLICAZIONI INGEGNERISTICHE

DIGHE & RILEVATI

• PROBLEMI D’INGEGNERIA GEOTECNICA NELLE GRANDI DIGHE DI TERRA - A. DESIDERI

• PROBLEMI D’INGEGNERIA GEOTECNICA NELLE ARGINATURE FLUVIALI - F. COLLESELLI

STABILITÀ DEI PENDII

• STUDI SPERIMENTALI SULLE COLATE RAPIDE - L. PICARELLI

INGEGNERIA GEOTECNICA SISMICA

• STUDI DI INGEGNERIA GEOTECNICA SISMICA - F. SILVESTRI

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 20/24

FUNZIONE DI TRASFERIMENTO IN CAMPO ELASTICO NON SATURO – vs – TENSIONI TOTALI

simulazione numerica 1D (EERA, Bardet, 2000)terreno modellato come mezzo mono-fase, linearmente elastico, verticalmente

eterogeneo [i.e., Go = f(stato tensionale, suzione)]

0

5

10

15

20

25

30

0 100 200

Go (MPa)

Dep

th (

m)

s=0 kPas=10 kPas=100 kPa

H = 30 m, Vs- bedrock = 800 m/s

1,0

2,3

3,5

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0frequency (Hz)

Am

plifi

cati

on

A 34 % less than TSA f 30 % more than TSA

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 21/24

LAVORI A STAMPA – TESI DI DOTTORATO “NON SATURE”FILIPPO VINALE E COLLABORATORI

• Luca PAGANO (1996)- Analisi del comportamento statico di dighe in terra zonate – Università degli Studi di Napoli Federico II - Tutore: F. Vinale

• Celestino RAMPINO (1997) - Comportamento meccanico di una sabbia limosa ed argillosa costipata parzialmente satura - Università di Napoli Federico II - Tutore: F. Vinale

• Stefania SICA (2001) - Analisi del comportamento dinamico di dighe in terra - Università degli Studi di Napoli Federico II - Tutore: F. Vinale

• Roberto VASSALLO (2003) - Comportamento di terreni costipati non saturi a piccole, medie e grandi deformazioni – Università di Napoli Federico II - Tutore: F. Vinale

• Maria Claudia ZINGARIELLO (2007) - Progettazione, messa a punto e primi risultati di un modello fisico di pendio - Università degli Studi di Napoli Federico II - Tutore: F. Vinale

• Francesca D’ONZA (2008) - Influenza del comportamento meccanico dei terreni in condizione di parziale saturazione sulla risposta sismica locale - Università degli Studi di Napoli Federico II - Tutore: un allievo di F. Vinale

• Juan Carlos ROJAS VIDOVIC (2009) - Loading rate effect on the mechanical behaviour of a pyroclastic soil - Università degli Studi di Napoli Federico II - Tutore: un allievo di F. Vinale

ATTIVITTÀ DEL "GRUPPO VINALE" IN MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 22/24

CONFERENZE AD INVITO e LAVORI A STAMPA SU RIVISTA

ATTIVITTÀ DEL "GRUPPO VINALE" IN MECCANICA DEI TERRENI NON SATURI

• Laboratory testing on an unsaturated soil: equipment, procedures and first experimental results - C. Rampino, C. Mancuso e F. Vinale – Canadian Geotech. Journ., vol. 36, n. 1, 1999

• Mechanical behaviour of an unsaturated dynamically compacted silty sand - C. Rampino, C. Mancuso, F. Vinale - Italian Geotechnical Journal, n. 2, 1999

• Experimental behaviour and modelling of an unsaturated compacted soil - C. Mancuso, C. Rampino e F. Vinale - Canadian Geotecnical Journal, vol. 37, n. 4, 2000

• La sperimentazione sui terreni non saturi: tecniche e procedure di laboratorio - C. Mancuso, M.V. Nicotera, C. Rampino e R. Vassallo – Italian Geotechnical Journ., n. 3bis, 2000

• Small strain behaviour of a silty sand in controlled-suction RCTS tests - C. Mancuso, R. Vassallo e A. d’Onofrio – Canadian Geotechnical Journal, vol. 39, n. 1, 2002

• Effects of net stress and suction history on the small strain stiffness of a compacted clayey silt - R. Vassallo, C. Mancuso e F. Vinale – Canadian Geotechnical Journal, 44 (4), 2007

• Small strain behaviour of an unsat. compacted silt: modelling the influence of stress-strain history on stiffness - R. Vassallo, C. Mancuso e F. Vinale – Can. Geotech. Journ., 44 (4), 2007

• Soil Suction Monitoring for Landslides and Slopes - C. Mancuso et al. – accepted for publication on the Quartely Journal of Engineering Geology and Hydrogeology.

• Small strain stiffness of Zenoz Kaolin in unsaturated conditions – M. Biglari, A. d’Onofrio, C. Mancuso, A. Shafiee, M. K. Jafari – Submitted to Canadian Geotechnical Journal [MS#09-211].

• Modelling initial shear stiff. of an unsat. compacted clay incorporating the effect of degree of saturation and void ratio – M. Biglari, A. d’Onofrio, C. Mancuso – In preparation for Géotechnique.

• Stress strain behaviour of a dam core mat. by field and laboratory dynamic tests - C. Mancuso, F. Silvestri e F. Vinale – Proc. I Int. Symp. on Hard Soils and Soft Rocks, Athens, 1993

• The prefailure behaviour of soils as construction materials - F. Vinale et al. – Opening Lecture, II Int. Symp. on Pre-failure Def. Characteristics of Geomaterials – Torino, 1999

• Small strain behaviour of soils in controlled suction conditions - C. Mancuso, R. Vassallo, A. d’Onofrio – Panel Lect., III Int. Conf. on Unsat. Soils, UNSAT2002 – Recife, Brazil, 2002, vol. 3.

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 23/24

ATTIVITÀ IN ESSERE E PROSPETTIVE

ISSMGE – TC#6 Unsaturated Solis (Core membership at UNINA)

Intra European Networks – Marie Curie RTN MUSE, …

Intra European Fellowship – Glasgow Univ./UNINA (d’Onza)

Géotechnique SiP 2011 - “partial saturation in compacted soils”

Collaborazioni di Ricerca AIPO-Brescia-Napoli-Parma, …

Collaborazioni con altre Università, anche in campo internazionale

UNSAT Workshops a carattere nazionale e internazionale

…

Incontro in Memoria di Filippo Vinale, AMRA/CIMA, Sant’Angelo dei Lombardi (AV) – 21 settembre 2009 C. Mancuso 24/24

RINGRAZIAMENTI

FILIPPO È ANDATO, MA NON IL SUO PENSIERO